粉末爆炸成形

粉末爆炸成形主講人：顏晗概述1爆炸成形的方法與裝置2金屬爆炸成形的機理3分析與討論4概述金屬粉末爆炸成形屬于非鋼模成形法，它利用炸藥爆炸時產(chǎn)生的瞬間沖擊波的高溫、高壓，作用于金屬粉末中，使顆粒間距離縮短。

爆炸成形由于在瞬間完成，所以組成相之間幾乎沒有擴散，而且晶粒來不及長大。金屬粉末爆炸成形工藝具有高溫、高壓、瞬間作用的特點，炸藥爆炸后在極短的時間內(nèi)（幾微秒）產(chǎn)生的沖擊壓力可達(dá)106MPa，這樣大的壓力可直接用于壓制超硬粉末材料和生產(chǎn)一般壓力機無法壓制的大型預(yù)成型件。

爆炸成形工藝優(yōu)點能壓制各種粉末組合，而沒有組成相之間的相互作用可在低于一般燒結(jié)溫度下進行熱壓實，使壓實件具有超細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)或非平衡結(jié)構(gòu)等可在室溫下進行壓實，壓實密度接近理論密度應(yīng)用：爆炸成形工藝是制取新型非平衡材料、高溫陶瓷材料、納米材料以及復(fù)合材料等最具有吸引力和最富有潛力的工藝，為新材料的制備提供了廣闊的應(yīng)用前景。

爆炸成形的方法與裝置爆炸成形裝置間接加壓式直接加壓式

間接式爆炸裝置是將炸藥和被壓實粉末用硬質(zhì)金屬模具分開，其裝置有平面飛片裝置、單柱塞裝置以及柱狀雙活塞裝置。間接法一般具有工藝參數(shù)容易控制、產(chǎn)品質(zhì)量較高等優(yōu)點；但它需要復(fù)雜的裝置，成本較高，并僅能制備簡單的小尺寸試樣，具有一定局限性。

直接式爆炸裝置中的炸藥與金屬粉末不用模具隔開,其常見裝置為柱狀壓實裝置。盛裝粉末的容器周圍被炸藥覆蓋，在圓柱頂端是錐形物，爆轟從頂部開始，并產(chǎn)生自上而下的過程。此裝置簡單，成本較低，可產(chǎn)生大于2.2KN的力；且圓柱筒可無限加長，所以足以產(chǎn)生尺寸較大的試樣。缺點是產(chǎn)生的收縮波不均勻，工藝參數(shù)難以精確控制。早期的爆炸裝置設(shè)計

金屬爆炸成形的機理金屬粉末或非金屬粉末在極短的時間內(nèi)經(jīng)受巨大作用，將改變粉末通常固有的特性，如粉末體一般壓制時所呈現(xiàn)的彈塑性。爆炸壓制的特點是爆炸時產(chǎn)生的壓力極高，施于粉末體上的壓力速度極快，而且不可用一般壓形理論來解釋。倫諾(C.R.A.Lennon)等人為了摸索爆炸壓制機理，利用直接式爆炸成形裝置壓制鐵、鎳、銅、鋁金屬粉末，研究了不同的沖擊能量(壓力)與壓坯密度的變化關(guān)系，比較了鐵粉的爆炸壓制與等靜壓制時的行為，確定了爆炸壓制機理即能量與壓坯密度的關(guān)系式:式中β,γ—粉末特性常數(shù);E—單位體積粉末的壓制能;DT—粉末材料的理論密度;Dc—壓坯的密度;△D=DT一DI;DI—原始粉末的松裝密度由上式得雙對數(shù)方程:由此得到lgE

與關(guān)系曲線，即能量與致密化(密度)線性關(guān)系對數(shù)圖，如圖中鋁粉、銅粉、鐵粉、鎳粉的爆炸能量與致密化關(guān)系曲線。進一步還可以求出金屬粉末的特性常數(shù)β和γ值。分析與討論

1.金屬粉末顆粒間的機械作用

2.化合物的合成與爆炸參數(shù)確定

1.金屬粉末顆粒間的機械作用在爆炸壓制過程中，粉末顆粒受到?jīng)_擊壓力作用發(fā)生塑性變形。假設(shè)粉末顆粒為球形，金屬顆粒接觸前、后模型如圖所示。由圖知，在彈塑性變形過程中:式中σ---顆粒界面的局部應(yīng)力;K---強度系數(shù);n---硬度指數(shù);

ε---真應(yīng)變,l是應(yīng)變后的長度,l0是原始長度。又：針對單個顆粒的變形如圖所示。圖中穎粒在承受局部壓力時接觸界面被看作圓形，半徑為r1

，局部接觸面積為S,又:由(2),(3)得由于接觸界面被看做圓面:作用在球形顆粒徑向上的力為:根據(jù)球形顆粒r、h以及金屬粉末強度系數(shù)K,硬化指數(shù)，可以計算顆粒受壓界面局部應(yīng)力:球形顆粒體積變化百分率:2.化合物的合成與爆炸參數(shù)確定

沖擊波通過粉體材料依次遇到顆粒和空隙，沖擊波在粉末中傳播時呈現(xiàn)非平面性的形狀，激發(fā)顆粒間相對運動，若爆炸速度較高，金屬粉末會局部發(fā)生熔融，形成再結(jié)晶顆粒區(qū)域。在爆炸壓制時壓力和速度是不連續(xù)的，這同樣會激發(fā)顆粒間發(fā)生摩擦，產(chǎn)生的潛熱會使顆粒間實現(xiàn)摩擦焊。研究表明為獲得最佳壓制效果，應(yīng)以E/M值為主要參數(shù)，其中E是炸藥的質(zhì)量;M是待壓金屬粉末的質(zhì)量E/M偏大會使粉末過壓，E/M偏小則粉末壓坯壓制不完全。爆轟壓力與爆轟速度和密度的關(guān)系:式中ρ0—結(jié)晶炸藥的密度;

ρS—在反應(yīng)區(qū)的炸藥的密度，其值約為結(jié)晶炸藥的密度的1/4由試驗得出的爆轟速度的平方(壓制壓力)和E/M值的關(guān)系曲線可知，爆轟速度(壓制壓力)越大，所需得E/M